Omslagsbilden: Solens energi är en förutsättning för livet på jorden. Denna kärnreaktor har många likheter med de kärnkraftreaktorer som finns i

Nr 4/2007 NUCLEUS

Omslagsbilden: Solens energi är en förutsättning för livet på jorden. Denna kärnreaktor har många likheter med de kärnkraftreaktorer som finns i drift i dag på vår planet. Det fi nns dock en avgörande skillnad. Solen är en fusionsreaktor, dvs. den alstrar energi genom att slå ihop atomkärnor medan de reaktorer vi får vår dagliga elektricitet från frigör energi genom att klyva atomkärnor. Men redan 1934 gjorde vetenskapsmannen Ernest Rutherford iakttagelsen att kärnsammanslagningen följde en relativt enkel process. Kan vi bemästra denna teknik får vi i ett slag tillgång till en närmast outtömlig energikälla - utan koldioxidutsläpp. Mot bakgrund av att de fossila bränslena - inklusive uran - är begränsade satsar EU tillsammans med sex andra enskilda stater miljardbelopp på att bygga en fusionsanläggning i Cadarache, Frankrike. Läs mer på sid 20 ff. Illustration: NASA 2

Innehåll NUCLEUS 4/07 5 Inledaren Organiserade fullskaleförsök på fusionsområdet 6 Internationellt erfarenhetsutbyte kring robusta elsystem Forsmarkshändelsen var inte unik 14 Transmutation ett huvudspår i forskningssamarbetet Återanvändning av långlivat avfall och sluten bränslecykel möjlig i nya reaktortyper 20 ITER-projektet Klimatfrågor och energikris starka drivkrafter för internationell forskning kring fusionsenergi 26 Myndigheten ser över regelverket Skärpta och tydligare villkor skall förhindra att reaktorer körs med högre effekt än tillåtet 28 Stora variationer i hur kärnkraftverken hanterar kompetensöverföringen Värdefull information kan gå förlorad i samband med pensionsavgångar 32 Kontroll av reaktorinneslutningar Ingen enskild metod ger i dag fullständigt resultat en kombination av olika metoder är nödvändig 3

NUCLEUS Nucleus på svenska och engelska Varje år sedan 2003 har Nucleus kommit ut med ett nummer på engelska. Normalt är det nummer tre på hösten. Innehållet i detta nummer baserar sig i huvudsak på artiklar som tidigare publicerats i den svenska versionen. Den som bara läser den svenska versionen missar alltså ingen väsentlig information. Sedan vi nu spridit kunskapens frukt på engelska (se omslaget på förra numret 3/07) till såväl enskilda som myndigheter i ett 40-tal länder är vi tillbaka på originalspråket. De kommande två numren är också på svenska - sedan sammanfattar vi de tre senaste numren på engelska som ett litet bidrag till den internationella erfarenhetsåterföringen. Vad som händer efter halvårsskiftet nästa år är dock svårt att sia om nu enär SKI då uppgår i en ny myndighet. Har du synpunkter på hur Nucleus fungerat som informationskanal hittills är du välkommen att skriva till: Chefredaktören för Nucleus Lukasvägen 31 27295 Simrishamn eller till: nucleus@osterlen.info Chefredaktör Raoul Hellgren Ansvarig utgivare Anders Jörle, SKI Redaktionskommitté Lars Bennemo, Lars van Dassen, Ninos Garis, Lars Hildingsson, Mattias Jönsson, Gustaf Löwenhielm, Peter Merck, Leif Pettil, Per-Olof Sandén och Öivind Toverud. Layout Infohuset Vik Simrishamn Tryck Intellecta Tryckindustri AB Solna Upplaga 6.000 exemplar ISSN-nummer ISSN 1104-4578 Redaktion/adressändringar m.m. Nucleus Infohuset Vik Lukasvägen 31 272 95 Simrishamn E-post nucleus@osterlen.info info@ski.se Telefon 0708-758 900 Vx/SKI 08-698 84 00 Webbplats www.ski.se Artiklar i Nucleus utgår ofta från FoU-projekt och deras tillämpningar vid Statens kärnkraftinspektion, SKI. Tidningen bidrar därmed till SKI:s information när det gäller att sprida ny kunskap om risker och säkerhetshöjande åtgärder. Målgrupper är i första hand lokala säkerhetsnämnder, anställda i kärn kraftsbranschen, forskare, beslutsfattare, media och en intresserad allmänhet. Författarna svarar själva för innehållet i sina artiklar. Materialet får användas fritt om källan uppges. För illustrationer och bilder krävs dock skriftligt tillstånd från upphovsrättsinnehavaren. 4

Organiserade fullskaleförsök på fusionsområdet Inledare Regeringen har beslutat sig för att testa den fysikaliska teorin kring energins oförstörbarhet genom att slå ihop de två fristående kärntekniska myndigheterna Statens kärnkraftinspektion och Statens strålskyddsinstitut. Att frigöra energi genom att slå ihop två kärnor har länge absorberat ett stort antal forskare runt om i världen. Redan 1934 gjordes upptäckten att fusion mellan atomkärnor var möjlig. Så varför skulle det då inte gå att slå ihop två kärnsäkerhetsmyndigheter år 2008. Ann-Louise Eksborg som har förordnats till särskild utredare skall dra upp riktlinjerna inför det förestående fullskaleförsöket vilket kommer att genomföras vid halvårsskiftet nästa år (2008). Ann-Louise Eksborg tillträder då tjänsten som generaldirektör för den nya myndigheten. Vid en internationell jämförelse kan man också konstatera att tillsynen på detta område i de klart övervägande fallen ligger på en myndighet, inte två. Att det fi nns en gemensam nämnare har också under åren visats genom en viss personalöverströmning mellan de båda myndigheterna. Även om det fi nns kulturella skillnader mellan organisationerna torde det gå att frigöra en del energi när den nya myndigheten formulerar sin tillsynsstrategi. Fast teori och praktik är inte alltid samma sak. Efter mer än 70 år sedan de första landvinningarna gjordes på fusionsområdet storsatsar nu EU tillsammans med USA, Ryssland, Japan, Kina, Indien och Sydkorea på att bygga en fusionsanläggning som senare skall bana väg för kommersiella fusionsreaktorer. Lokaliseringen av denna anläggning stod länge och vägde mellan Japan och Frankrike. EU gick segrande ur den kampen och lokaliseringen bestämdes till Cadaracheområdet i Frankrike. Redan nästa år kan bygget kring själva reaktorn börja. Och då gäller det att alla parter drar åt samma håll för att man skall uppnå de hett eftersträvade målen. Raoul Hellgren chefredaktör telefon 0708-758 900 Foto: Ninos Garis 2006 5

Internationellt erfarenhetsutbyte kring Forsmarkshändelse Av Per Bystedt Artikelförfattaren är utredare på enheten för Anläggningssäkerhet vid Statens kärnkraftinspektion, SKI. Han var tillika samordnare för den internationella konferensen i Stockholm Kortslutningen i Forsmark sommaren 2006 då delar av säkerhetssystemen slogs ut tvingade fram omedelbara kontroller av elsystemen på samtliga svenska reaktorer. Forsmarkshändensen fi ck även stor uppmärksamhet utomlands. I Frankrike, Finland och speciellt i Tyskland återgavs händelsen med stora rubriker. I ett mycket tidigt skede tog SKI kontakt med den fi nska säkerhetsmyndigheten STUK och den tyska myndighetens expertorgan GRS för att ge information om händelsen samt för att få assistans i utredningsarbetet. Olika myndighetsexperter med lång erfarenhet från arbete kring säkerhet i elsystem kunde snabbt ställa upp och bidra till utredningen. Den stora öppenhet som Forsmarks Kraftgrupp AB (FKA) visade kring händelsen, som även var vägledande för SKI, gav prov på hur värdefullt ett erfarenhetsutbyte kan vara mellan olika länder där liknande händelser inträffat. I samma anda redovisade SKI tillsammans med Forsmarksverket händelsen i december för OECD/ NEA:s expertkommitté CNRA (Committee on Nuclear Regulatory Activities). Det är den grupp som driver samarbetet mellan kärnsäkerhetsmyndigheter inom OECD. Även OKG (som driver Oskarshamnsverket) var med vid tillfället och presenterade de åtgärder man vidtagit vid reaktorn Oskarshamn 1. Internationell workshop Från flera håll gav man uttryck för behovet av en bredare genomlysning av säkerhetsfrågorna för 6

robusta elsystem n var inte unik elektriska system varför det föll sig naturligt att SKI, på förfrågan från CNRA, tog sig an uppgiften att organisera ett specialistmöte i Stockholm den 5-7 september 2007. OECD/NEA samt IAEA ställde upp som medarrangörer. Mötet fick benämningen: International Workshop on Defence in Depth aspects in Electrical Systems of Importance for Safety. Avgränsningen gjordes för att fokus skulle ligga på ett robust utförande av säkerhetsrelaterade elektriska system. Det mer populära namnet på konferensen blev DiDELSYS. Den programidé som kom att ligga till grund för mötet innefattade tre steg. Först en presentation av händelsen i Forsmark men även av andra händelser involverande elektriska system och som lyft fram problem av generiskt intresse. Därefter en diskussion kring konstruktion och analys av elsystem. Och till sist en diskussion kring samspelet mellan kärnkraftverket och kraftnätet inklusive samverkan mellan de kraftbolag och myndigheter som är aktörerna i produktion och distribution av elkraft. Målet med mötet var helt enkelt att ge tillfälle till erfarenhetsutbyte mellan experter. Kortslutningen Den 25 juli 2006 var Forsmark 1 i full drift, 990 MW eleffekt. Efter ett felaktigt utfört underhållsarbete i ställverket kortslöts 400kV-nätet. Anläggningens båda huvudbrytare, en för vardera turbingeneratorn, öppnade och skilde Forsmark 1 från nätet. Dessa första sekunder var förloppet egentligen inte unikt, liknande situationer har tidigare inträffat vid Forsmark liksom vid andra verk. Det förväntade fortsatta förloppet var att blocket skulle gå över i så kallad husturbindrift, det vill säga att reaktor och turbiner går på tomgång och producerar endast den kraft som anläggningens egna system kräver. Om inte husturbindriften skulle fungera skulle reaktorn snabbstoppa. Kraft till anläggningens säkerhetssystem matas då antingen från ett lokalt nät med en spänning på 70kV (kan även matas från gasturbin) eller från dieselaggregaten. I samband med ett underhållsarbete i juli 2006 i 400-kV-ställverket uppstod en kortslutning som drabbade reaktorn Forsmark 1. En spänningspuls gick in i anläggningen och stoppade två av de fyra kraftmatningarna till säkerhetssystemen. Illustration: Lasse Widlund Analysgruppen vid KSU 7

På fl ygbilden över Forsmarks kärnkraftverk syns ställverket i förgrunden - där den stora kortslutningen inträffade sommaren 2006 efter ett felaktigt utfört underhållsarbete. I mitten av bilden finns de två reaktorblocken 1 & 2 där block 1 (t.h.) var i full drift med 990 MW eleffekt när ställverket kortslöts. Längst till vänster syns block 3. Foto: Göran Hansson Forsmarksverket Oväntad effekt på den säkerhetsrelaterade kraftmatningen Säkerhetssystemen är i allt väsentligt uppbyggda med fyra identiska stråk (A, B, C och D) som var för sig kan försörjas med kraft från ett dieselaggregat. Dessa skall kopplas in automatiskt om spänningen sjunker på elskenan för säkerhetskraften. Allt detta enligt noga genomarbetade analyser. Men denna tisdag blev utfallet ett annat. Efter någon minut var två av de fyra säkerhetsrelaterade elkraftskenorna matade från sina respektive dieselaggregat. Men de andra två skenorna var spänningslösa, trots att även deras dieslar hade startat. Anläggningens allmänna nät, det som driver system som inte är säkerhetssystem, var dock spänningssatt från 70kV-nätet. Det paradoxala var att blockets ordinarie kraftmatning fungerade (belysning, kontorsmaskiner etc.) medan endast hälften av den säkerhetsrelaterade kraftmatningen fungerade. Den senare har naturligtvis den högsta förväntade tillförlitligheten. Akuta tillståndet hävt efter 22 minuter Operatörerna som tjänstgjorde i kontrollrummet fick hantera en situation som var långt mer krävande än vad som övats i simulatorn. Störningen initierade ett stort antal automatiska funktioner i anläggningen medan visningen i panelerna i kontrollrummet inte var komplett eftersom ett antal instrument saknade el-matning. Operatörerna hanterade situationen förtjänstfullt enligt sina störningsinstruktioner. Efter 22 minuter kopplade de in matningen från 70kV även till de säkerhetsrelaterade skenorna och den akuta delen av händelsen var avslutad. Det kylvatten som de två fungerande hjälpmatarvattenkretsarna pumpade in i reaktorn var fullt tillräckligt för att hålla bränslet kylt under hela förloppet. Ingen del av reaktorn eller bränslet kom till skada. Rekonstruktion av förloppet Orsakssambanden bakom händelsen var en komplex kombination av fel som hade sitt ursprung i konstruktionsfel och i underhållsbrister. Åtskilligt arbete har ägnats åt att rekonstruera förloppet i alla sina detaljer för att finna alla bidragande orsaker. Händelsen har många dimensioner till exempel konstruktion och analys av elkraftsystem, införande av anläggningsändringar, moderniseringar, kvalitet i underhållsarbete, arbetssituationen i kontrollrum, beslutsfattande i störningssituationer, information till allmänhet samt naturligtvis erfarenhetsåterföring. I denna artikel beskrivs inte själva förloppet mer i detalj även om det innefattar många intressanta aspekter. Information kring detta finns publicerat i andra sammanhang. I stället koncentreras på säkerheten i elsystem och vad som hänt under det år som gått och vad SKI ser framför sig som fortsatt uppföljning. Förenklat kan sägas att problemet i Forsmark 1 var att kortslutningen på 400kV nätet genererade en kraftig spänningspuls på generatorskenorna. Denna puls slog ut två av fyra UPS:er, (uninterruptible power supply, aggregat som levererar avbrottsfri kraft från batterier) på grund av att de hade felaktiga inställningar på sina elektriska skydd på såväl ingångs- som utgångssidorna. Ett konstruktionsfel kopplat till automatiken på dieselgeneratorerna 8

FKA stod naturligtvis i centrum av uppmärksamheten; kring själva händelseförloppet, kring säkerheten och kring beslutsfattandet. Även vid Oskarshamnsreaktorerna fick vissa inställningar ändras i skydden till UPS. Viktiga erfarenheter kom att dras för Oskarshamn 1. OKG fattade efter ingående analyser beslut att komplettera reaktorns elsystem med ytterligare oberoende matningar för att motverka risken för CCF. Oskarhamn 1 har relativt nyligen genomgått en omfattande modernisering av bl.a. eloch kontrollsystemen. Trots detta valde OKG att ta ett relativt omfattande stopp för ytterligare ombyggnader. Ringhals AB (RAB) fann i sina analyser att inga direkta åtgärder var nödvändiga i Ringhalsreaktorerna för säker fortsatt drift. Tiden var även hektisk för SKI med de granskningar och beslut som var nödvändiga. I och med att Oskarshamn 1 startade igen i januari 2007 var åter alla svenska block i drift. Fasen med direkt driftpåverkan var därmed över. innebar att dieselgeneratorerna var beroende av kraft matad från UPS för att automatiskt anslutas till elsystemet. Med den uppdelning på fyra redundanta stråk som säkerhetssystemen har blev följaktligen de två dieslar som hör samman med de två drabbade UPS:erna inte inkopplade. Fel med gemensam orsak Att ett fel eller en påverkan leder till att flera redundanta system (läs övertalighet i syfte att öka funktionssäkerheten) slås ut benämns CCF, (Common Cause Failure, fel med gemensam orsak). CCF är något som har stor inverkan på säkerheten i kärnkraftverken då de kan hota en hel säkerhetsfunktion. Trots att verken är utrustade med redundanta (övertaliga) säkerhetssystem, vilka ger ett bra skydd mot enstaka fel och mot ett begränsat antal oberoende fel, är det ytterst viktigt att göra noggranna analyser för att bringa full klarhet i bakomliggande orsaker när fel av denna karaktär inträffar. Hektisk fas under driftstoppen Tiden efter den 25 juli var naturligtvis hektisk. Noggranna kontroller på alla svenska kärnkraftverk gjordes för att undanröja eventuella liknande fel. Vid Forsmark 1 och även vid Forsmark 2 ändrades inställningarna på skydden för UPS. Dieselaggregatens automatik byggdes om så att de blev oberoende av matning via UPS. Ett flertal förändringar gjordes också på andra system på Forsmarksanläggningen. Myndigheten ställer tio krav Det analysarbete som följde på Forsmarkshändelsen visade att en rad frågor behövde bearbetas på sikt. Som exempel visade det sig att säkerhetsrapporterna för alla reaktorer behövde kompletteras med information om vilka krav som gäller på tålighet mot spänningspulser, liknande den som var den direkta orsaken till CCF i Forsmark 1. Detta visar att kunskapen om effekten av störningar i elkraftsystemen inte var samlad och presenterad på ett tillfredsställande sätt. SKI satte upp en lista på tio punkter som stöd för inventering av behov av utredningar på en rad skilda områden. De tre punkter med vidhängande frågeställningar som tydligast adresserar säkerheten i elsystemen var: 1. Breddad analys av anläggningens kontroll- och elkraftsystem Kan felfungerande skydd, enskilt eller i kombination, orsaka att störningar tränger djupare in i anläggningen än förutsett med risk att säkerhetsutrustning påverkas? Kan komplexa störningar ge motsägelsefulla följdfunktioner? Hur påverkas situationen av införande av digitala kontrollsystem? 2. Tillförlitlighet av yttre nät Är driften av stamnätet samt planering och genomförande av arbeten i ställverk eller andra delar omgärdade av erforderlig kvalitetssäkring för att minimera risken för störningar med säkerhetspåverkan? Är kommunikationen mellan Svenska Kraftnät och kärnkraftverken tillräcklig? Hur förändras eventuellt med tiden tillförlitligheten hos yttre nät? 3. Grundläggande aspekter på diversifiering och robusthet Ökad säkerhet kan nås genom en utbyggd diversifiering av säkerhetsfunktioner för att skapa 9

Forsmark 1 förenklat elschema. Viktiga säkerhetssystem matas från de understa skenorna. Spänningspulsen stoppade UPS-erna A och C. Motsvarande dieselaggregat kopplades inte in. Därför blev skenorna A och B spänningslösa. På C och D fanns spänning från dieselaggregaten. Stamnät Från generatorer 400 kv DG DG extra tålighet mot CCF samt genom att eftersträva robusthet. SKIFS 2004:2 ställer explicit krav på detta. Ett antal förslag om åtgärder för införande har presenterats av tillståndshavarna. Med händelsen som bakgrund bör diskussion föras kring grundläggande aspekter av diversifiering och robusthet. Hur omfattande diversifiering bör eftersträvas för bästa säkerhetsnytta? A UPS C UPS Diskussion och genomförande av projekt RAB, OKG och FKA inventerade sina egna behov av utredningar i det längre perspektivet, enskilt och på vissa punkter i samarbete. Därefter formulerades olika utredningsprojekt. SKI träffade under hösten och vintern företrädare för de tre kraftbolagen för diskussioner om dessa projektplaner. RAB:s projekt benämnt Robusta Elsystem kan tjäna som exempel då det är det mest samlade. Arbetet är indelat i faser och planeras vara genomfört i början av 2009. De områden som ingår i fas 1 i RAB:s plan följer nedan (summariskt) för att ge en kortfattad bild av de problemställningar som kraftbolagen bearbetar. 1. Konstruktionsförutsättningar Hanterar principer för konstruktion av avbrottsfria nät med beaktande av modern elutrustning samt konstruktionsförutsättningar för komponenter i elsystem. 2. SKIFS / Robusthet Hanterar tolkningar av SKI:s föreskrift om Konstruktion och utförande av kärnkraftsreaktor. Redundans, diversifiering, selektivitet och oberoenden mellan delsystem studeras som metoder att nå efterstävad robusthet. 3. Provning och förebyggande underhåll Hanterar ett antal frågeställningar om provning av t.ex. reläskyddskretsar samt av moderna komponenter av digitalt utförande. 4. Skyddskoordinering Hanterar lämpliga principer för inställning och koordinering av skydd så att den eftersträvade selektiviteten nås vid störningar. 5. Dokumentation Genomgång av säkerhetsredovisningen (SAR) samt värdering i vad mån uppdatering erfordras vad avser nätstörningar. 6. Modellering / analys Simulering av olika händelser i kraftnätet och deras påverkan genom frekvens- och spänningsavvikelser på elsystemen i Ringhals. 7. Projektstyrningsmodell Översyn av rutinen för anläggningsändringar. Samarbetet med OECD/NEA och IAEA kring planeringen av mötet DiDELSYS innebar att inbjudan som gick ut genom deras kanaler fick en mycket stor spridning. Målsättningen formulerades: Syftet med mötet är, att baserat på erfarenheter från Forsmarkshändelsen och från händelser i andra kärnkraftverk vinna kunskap om eventuella svagheter i konstruktion, i säkerhetsanalys och i drift av elektriska system som är viktiga för säkerheten och fi nna tillvägagångssätt att bearbeta och korrigera sådana svagheter. Självfallet gav Forsmarkshändelsen även värdefulla insikter i mänskligt handlande och i organisatoriska frågor inom begreppet säkerhetskultur. För att organisationen av mötet inte skulle gapa över ett alltför omfattande program gjordes det klart i inbju- 10

B 70 kv UPS DG Lokalt nät Från gasturbin D UPS DG dan att fokus var på de tekniska frågeställningarna och att övriga frågor fick hänvisas till andra sammanhang. Uppdämt behov diskutera elsäkerhet Ganska snabbt kom det in tillräckligt med förslag till presentationer för att med råge fylla den tid som var avsatt för mötet. Efter hand strömmade även deltagaranmälningar in i en takt som gjorde att en rejäl omplanering fick göras. Den ursprungliga tanken med en workshop med ett begränsat antal specialister fick ge vika för ett mer regelrätt symposium med föreläsningar. Det stora intresset tolkades som ett uppdämt behov att diskutera just erfarenheter och kunskaper kring elsystemens betydelse för säkerheten. De frågor som restes i ljuset av Forsmarkshändelsen är aktuella i flera sammanhang förutom i samband med inträffade händelser. De är i högsta grad relevanta i samband med modernisering av reaktorer och inte minst vid introduktion av moderna programmerbara system. De är även intressanta när det gäller konstruktionskrav för elsystem i reaktorer på väg att introduceras. Deltagarantalet blev till sist 150 varav 80 tillresta från utlandet. Naturligtvis var flertalet deltagare från Europa men där fanns även långresenärer från USA och Kanada, Sydafrika och Indien. Totalt 18 länder var representerade. Deltagarnas bakgrund var en bra blandning av hemmahörighet i kraftbolag, tillverkare, tekniska stödorganisationer och myndigheter. Detta hade väsentlig betydelse för mötets positiva atmosfär. Presentationer i tre sessioner Resultaten av 28 presentationer med efterföljande frågor och diskussioner låter sig inte lätt summeras kortfattat på ett rättvisande sätt men ett försök följer här i nedan uppsatta punkter. Grupperingen följer rubrikerna på de tre sessionerna. 1. Händelser av generisk betydelse Även om Forsmarkshändelsen var något av ett huvudnummer så presenterades flera andra händelser som inneburit i många fall överraskande felsekvenser i elsystem och som inneburit en hög potential för CCF. Analyser av några händelser visade en betydande höjning av den beräknade risken för härdskada. Orsakerna berodde oftast på brister i krav eller i specifikationer, i gransknings- och/eller verifieringsprocesser eller i provning av system och komponenter. Störningar i elsystem innebar att information gick förlorad i kontrollrum vilket försvårade operatörernas hantering. Händelsen i Forsmark indikerade att mer uppmärksamhet måste riktas mot analyser av olika systems tålighet mot störningar samt konsekvenser av komplexa kombinationer av fel. Även betydelsen av rapportering och erfarenhetsutbyten diskuterades. Det gavs exempel på att händelser upprepats därför att information om tidigare incidenter inte spridits eller fångats upp på ett effektivt sätt. 2. Konstruktion och analys Mycket av diskussionen kretsade kring risken att fel introduceras i samband med moderniseringar och teknikbyten. Krav gällande för befintlig utrustning är ofta inte tillräckliga att gälla för utrustning som sätts in i dess ställe. Även om inte de övergripande systemfunktionskraven förändras så kan teknikbyten innebära att krav måste revideras för att vara kompatibla. Även gradvisa förändringar av olika systems egenskaper kan sammantaget innebära att ursprungliga konstruktionsförutsättningar inte länge är fullt relevanta. Revideringar inklusive kompletterande analyser kan bli nödvändiga. Modern utrustning är ofta standardiserad vilket innebär att den kan ha inbyggda egenskaper anpassade för flera olika tillämpningar. Om man inte noga preciserar den funktion som utrustningen skall ha - samt de funktioner den inte får ha - kan oönskade funktioner inträffa i samband med ovanliga händelsekombinationer. Dessa fel kan vara svåra att avslöja vid funktions- och samfunktionsprovning. Stora krav måste ställas på att en tillverkare lämnar fullständig information om sin komponents alla egenskaper. 11

Bilden som är tagen på Skansens mekaniska verkstad i Stockholm får här illustrera en åldrad utrustning som behöver bytas ut. Vid fl era kraftverk pågår eller planeras i dag omfattande moderniseringar av bland annat elsystemen. Ofta innebär det att äldre teknologi ersätts med system som bygger på programmerbar teknik. Foto: Per Bystedt Elektriska transienter som kan uppstå till följd av t.ex. kortslutningar måste analyseras och specificeras ytterligare och tydligare anges som konstruktionsförutsättningar för system och komponenter. Utveckling av standarder pågår visserligen men inte i den utsträckning och i det tempo som introduktionen av modern utrustning kräver. Komplexiteten i modern utrustning gör även att det ställs andra krav på standarder. Oberoende kontroller av elsystem utförs i en del länder enligt myndigheters föreskrifter. Frågan diskuterades vad gäller nyttan av oberoende om grundfelet kan vara otillräcklig kvalitet i underlaget. 3. Samspel mellan kraftverk och kraftnät. Den genuina kunskapen om egenskaper hos kraftverkens elektriska system och dess samspel med nätet tenderar att ersättas med alltför direkt användning av standarder. Även standarder är inkompletta och införande av ny utrustning kräver att specifikationer baseras på genuina insikter i egenskaperna hos de elektriska systemen för att kvalitet skall kunna uppnås. Simuleringar av elektriska transienter är en viktig metod i säkerhetsanalysen. Utvecklade verktyg finns tillgängliga men ytterligare arbete med att jämföra beräkningar med uppmätta data från verkliga störningar behövs. Kraven på elsystem i kärnkraftverk sett från en reaktorteknisk synpunkt kan verka vara i konflikt med kraven som ställs på leveranssäkerhet av kraft till nätet. Det är viktigt att kunskaperna är goda vad gäller samverkan mellan kraftverk och nät för att kunna definiera de händelser som styr egenskaper och analysförutsättningar för utrustning. Utveckling av kontakterna mellan kraftverken och myndigheter med ansvar för reaktorsäkerhet respektive leveranssäkerhet bör ske. För Sveriges del gäller detta mellan SKI och Svenska Kraftnät och med de olika kraftbolagen. Ökad samkörning mellan nät i olika länder kräver ökad koordinering internationellt. Husturbindrift i samband med nätbortfall är ett förväntat driftsätt i flertalet länder. Argument framfördes såväl för att detta innebär en risk som en säkerhetsnytta. En överkoppling till husturbindrift anser några kan utsätta anläggningens elsystem för påfrestningar som är negativa för säkerheten. En lyckad överkoppling innebär positiv säkerhet genom säkrad kraftmatning till anläggningen. Sammanfattande slutsats Robusthet i elektriska system vilar på hög kvalitet i konstruktion, drift, underhåll och testning. Robusthet skall demonstreras genom ett vidsynt analysarbete som baseras på gedigen kunskap inom eltekniken och på erfarenheter från händelser. Detta skall kompletteras genom analys som använder metoder såsom feleffektsanalys, dynamisk transientanalys samt probabilistisk säkerhetsanalys. Förhoppningsvis kommer nyttan av mötet att kunna avläsas på flera sätt. Erfarenheterna bör kunna berika det utredningsarbete som nu drivs av FKA, RAB och OKG kring behov och möjligheter att göra de elektriska systemen ännu mer robusta. I RAB:s projektarbete ingår en rad olika frågeställningar och det känns angeläget att säkerheten i de elektriska systemen nu uppmärksammas med ett brett angreppssätt. Detta har stor betydelse även för utvecklandet av kompetensen inom området. För SKI kommer erfarenheterna att nyttjas i den förstärkning av uppmärksamheten kring elsystem som nu sker i tillsynen. Bland annat har SKI för- 12

... En av grundpelarna i säkerhetsarbetet är erfarenhetsåterföring... Problemet är oftast inte brist på uppgifter eller kunskap. Svårigheten ligger i stället i att samla in, bearbeta och effektivt sprida relevanta data... SKI har mot den bakgrunden verkat för att erfarenhetsåterföringen kring elsystemens betydelse för säkerheten fått så stor spridning som möjligt... stärkt bemanningen inom området. Detta innebär att vi nu är bättre rustade i vårt tillsynsarbete av pågående moderniseringar av kraftverken som i flera fall innefattar relativt omfattande utbyten av el- och kontrollsystem. Viktiga granskningar vi nu har på vårt bord gäller förslagen från kraftbolagen om åtgärder för att förbättra säkerheten enligt kraven i vår konstruktionsföreskrift för kärnkraftverk (SKIFS 2004:2). Verksamhetsplanerna innefattar även att driva några utvecklingsprojekt inom området. Till en början ser vi framför oss behov av att initiera studier inom preliminärt följande områden Normer, Standard, Krav Kontroll, Provning Dynamiska analyser. Simulering Systemanalys Ett uppdrag har redan initierats inom området kontroll och provning. Förebyggande utredningar Flera länder informerade vid mötet om att utredningar kring elsystem initierats då informationen om händelsen i Forsmark blev känd. Inriktningen hade varit, i första hand naturligtvis att söka finna eventuella liknande brister i kraftverk i drift men även att göra lite mer principiella översyner på sikt. Flera av dessa studier pågår varför slutsatser inte var tillgängliga för presentation vid mötet. Detta ger i sig en god anledning till fortsatta kontakter mellan länder för att senare få tillgång till sådana resultat. Det stora internationella intresset som visades för DiDELSYS ger också goda förutsättningar för fortsatt uppmärksamhet kring säkerheten i elsystem. SKI kommer i slutet av året att föra frågan till NEA och föreslå att en grupp etableras inom OECD/NEA med ansvar att vidareutveckla samarbetet kring frågorna. Underhandskontakter visar att det finns intresse inom NEA att initiera en grupp. Mer exakt vilken form samarbetet skall ha och under vilket mandat får diskuteras inom NEA. Grundpelare i säkerhetsarbetet En av grundpelarna i säkerhetsarbetet är erfarenhetsåterföring. Den information som i princip fanns tillgänglig före händelsen hade om den tolkats och nyttjats rätt kunnat uppdaga bristerna tidigare. Detta är ytterligare en påminnelse om svårigheten med erfarenhetsåterföring. Problemet är oftast inte brist på uppgifter eller kunskap. Svårigheten ligger i stället i att samla in, bearbeta och effektivt sprida relevanta data. SKI har mot den bakgrunden verkat för att erfarenhetsåterföringen kring elsystemens betydelse för säkerheten fått så stor spridning som möjligt. Under hela skedet har SKI gett insyn i hanteringen och beslut kring händelsen. Genom åtagandet att arrangera DiDELSYS har Sverige verkat för att ett relativt brett spektrum av frågor med direkt eller indirekt anknytning till händelsen och av mer långsiktig karaktär har lyfts fram och diskuterats. Även andra händelser som innefattat störningar i elsystem diskuterades. Intresset för mötet vittnar om att ett möte med detta innehåll var angeläget. Störningar i elsystem i kärnkraftverk kommer att inträffa i framtiden. Rätt uppföljning av frågor som rymts inom DiDELSYS och rätt framtida ambition kan förhoppningsvis medverka till att sådana störningar inte kommer att utgöra något hot mot säkerheten. Per Bystedt 13

Transmutation ett huvudspår i forskningssam Återanvändning av lång sluten bränslecykel möj Foto: Lina Bertling Av Janne Wallenius Doc Artikelförfattaren är chef för Avdelningen för reaktorfysik vid Kungliga Tekniska högskolan Begreppet kärnavfall har gett upphov till myter och legender som få andra substanser i den moderna världen. Medan det fi nns ämnen tillverkade av människor som är betydligt farligare för människokroppen än använt kärnbränsle, är det ett faktum att kunskap om hur man hanterar högaktivt avfall är nödvändig för att avfallet inte skall utgöra en risk för människors liv och hälsa. Idag finns dock etablerade procedurer för strålskydd som gör att arbete inom kärnkraftsproduktion är ett utmärkt sätt att försäkra sig om ett långt och hälsosamt liv. Metoder har utvecklats för att isolera det högaktiva avfallet från biosfären under hundratusentals år. Grundtanken är att en serie av (passiva) tekniska och geologiska barriärer skall förhindra att läckage av radioaktiva ämnen bidrar med mer än en bråkdel till den naturliga stråldos människor och djur i närheten av ett djupförvar skall utsättas för. Olika tekniska koncept har utarbetats, och oavsett om de baseras på inkapsling i koppar och bentonit, som i det svenska KBS-3, eller stål och salt som i det tyska konceptet, så säger decennier av forskning oss att en flygresa över Atlanten, eller en sommarvistelse i delar av Bohuslän, ger upphov till en långt större ökning i dosbelastning än att hela sitt liv dricka vatten ur en brunn borrad ovanpå ett djupförvar. Är då detta inte tillräckligt? Ett informationsdilemma En aspekt som SKB har tagit upp i sina studier är frågan om hur vi skall kunna informera framtiden om att ett oskyddat intrång i ett förvar kan leda till fara för liv och hälsa? Denna fråga är tämligen invecklad att svara på och leder till intressanta socio-antropologiska reflektioner. Låt oss anta att vi lyckas tillverka en skylt som förklarar att det vid en bestämd plats finns ett förvar av ting som är farliga att undersöka utan vederbörliga skyddsåtgärder. Låt oss samtidigt anta att vi befinner oss i en samhällsepok där den tekniska nivån är sådan att man kan 14

Etablerad teknik Teknik för att separera och återanvända plutonium i industriell skala finns redan idag. I La Hague i Frankrike återförs 99,9% av plutoniumet i använt uranbränsle från Frankrike och Schweiz. Detta material blandas sedan med utarmat uran till en så kallad blandoxid (Mixed Oxide, MOX) som reguljärt används som bränsle i 20-talet reaktorer. Fram tills nyligen har även Tyskland och Belgien använt sig av samma strategi. I Japan avser man att börja använda MOX-bränsle i industriell skala. Till och med i Sverige har vi provat smärre mängder MOX i Oskarshamn under tidigt sjuttiotal, och inom de närmaste åren kommer hundratalet MOX-knippen med plutonium från sjuttiotalets svenska kärnkraftsproarbetet livat kärnavfall och lig i nya reaktortyper borra djupa hål, men samtidigt saknar kunskap om kärnkraft och radioaktivitet. Skulle en sådan skylt då fungera avskräckande, eller skulle den ha motsatt effekt? Det är inte helt långsökt att spekulera i det senare. Besvärjelserna runt faraonernas gravar hindrade uppenbarligen inte gravarna från att utsättas för systematisk plundring. Å andra sidan vet vi att legenden om att en kejserlig grav i Kina skulle vara omgiven av en underjordisk kvicksilversjö faktiskt har fått vår tids forskare att närma sig graven med viss försiktighet. Återanvändning av långlivat kärnavfall Transmutation av långlivat kärnavfall är en teknik som skulle möjliggöra nya svar på frågan huruvida vi kan informera framtiden om vårt radioaktiva arv. Med transmutation avser vi här en metod som förutsätter att man separerar de ämnen som utgör huvuddelen av det långsiktigt radiotoxiska inventariet i använt kärnbränsle. Som figur 1 visar handlar detta framför allt om två element: plutonium och americium. Räknat per gram är det uteslutande dessa ämnen som gör använt kärnbränsle farligare än uran i naturen efter 300 års avklingningstid. 100 Radiotoxic inventory [Sv/g] 100 Radiotoxic inventory [Sv/g] 10 TRU 10 240 Pu TRU 1 0.1 0.01 0.001 10 1 FP Uranium in nature t[y] 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 1 0.1 0.01 239 Pu 243 Am 238Pu 241 Am 242 Pu U nat 237 Np t[y] 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 Figur 1 (t.v.) visar radiotoxicitetens tidsberoende hos fi ssionsprodukter (FP, blå linje) och transuraner (TRU, röd linje) i använt kärnbränsle. Den lila linjen anger radiotoxicitetsinventariet i ett gram uran i naturen, inklusive urandöttrar (radium, radon etc), och är 20 msv/gram uran. Man kan konstatera att det är transuranerna som dominerar radiotoxiciteten i använt kärnbränsle på lång sikt. De fi ssionsprodukter (eller klyvningsprodukter) som bidrar mest till radiotoxiciteten är cesium-137 och strontium-90. Hos transuranerna är det plutonium och americium. I figur 1 (t.h) visas bidragen från olika transuranisotoper till radiotoxiciteten. 15

duktion att användas som bränsle av Oskarshamns Kraftgrupp AB. Tillstånd för detta har beviljats av regeringen efter hörande av SKI. Tekniska begränsningar Det finns tekniska begränsningar som gör att MOXbränsle av traditionellt snitt inte helt kan ersätta uranbränsle i våra nuvarande reaktorer. Den ofrånkomliga närvaron av plutoniumisotopen 240 Pu, som är en kraftig absorbator av epitermiska neutroner, men klyvbar av snabba neutroner, innebär dels att styrstavsinsättning och borinsprutning blir betydligt mindre effektiv än i traditionella bränslen, dels att voidvärdet vid förlust av kylmedlet kan bli positivt efter upprepad återanvändning av Pu. För att bibehålla avstängningsmarginaler begränsar man därför idag MOX-innehållet i en härd till mellan 30 och 50%. Dessutom begränsar man antalet återföranden av plutonium från använt MOX till en eller två. Nya typer av MOX-bränsle För att kunna utföra upprepad transmutation av plutonium och därmed minska inventariet av radiotoxicitet signifikant har franska forskare under det senaste decenniet utformat nya typer av MOX-bränsle. Genom att blanda ut plutoniumet med uranisotopen 235 U, kan man hålla den absoluta koncentrationen av 240 Pu nere i acceptabla nivåer. Denna utspädning kan ske på stavnivå, genom att man blandar UOX-bränsle med MOX-bränslestavar i ett och samma knippe, i det så kallade CORAILkonceptet. Ett mer effektivt alternativ är att tillverka Redan de gamla alkemisterna försökte sig på transmutation (att omvandla ett grundämne till ett annat) när de skulle framställa guld ur mindre värdefulla metaller som kvicksilver och bly. En mer aktuell form av transmutation är att omvandla aktinider och långlivade fissionsprodukter till kortlivade nuklider, som en följd av kärnreaktioner i en kärnreaktor. Illustration: Anna Törnquist 16

MOX-bränslekutsar med anrikat uran. Knippen med MOX-UE (MOX supported by enriched uranium) har säkerhetsparametrar fullt i klass med reguljära uranbränslen, och är så pass effektiva förbrännare av plutonium, att det skulle räcka att en tredjedel av alla reaktorer laddas med sådana knippen, för att nettoproduktionen av plutonium skall bli noll /Vasile03/. Laddar man en större andel reaktorer med MOX-UE, kan man också bli av med tidigare ackumulerat plutonium. Americium en svår nöt För transmutation av plutonium finns det alltså en lösning mycket nära till hands. En fjärdedel av allt plutonium omvandlas dock till americium vid återanvänding av plutonium i lättvattenreaktorer. Och...Klassiska bridreaktorer med natriumkylning har per defininition ett snabbt neutronspektrum, och kan relativt lätt modiferas så att de bränner plutonium istället för att tillverka ämnet. Därmed blir de också den reaktortyp som ligger närmast till hands för syftet att transmutera americium och curium... americium är en betydligt svårare nöt att knäcka. Förutom att americium kräver betydligt mer skärmning vid bränsletillverkning har det dålig inverkan på i stort sett alla viktiga säkerhetsparametrar. Båda dessa aspekter kan i princip hanteras genom att hålla americiumkoncentrationen i både bränsle och härd på låga nivåer. Ett MOX-UE-knippe med 1% americiuminnehåll skulle kunna bibehålla acceptabla säkerhetsegenskaper och bränna americium i samma takt som det produceras ifall 40% av alla reaktorer laddas med detta bränsle. Flera praktiska problem gör dock att det idag anses vara omöjligt att utföra detta i praktiken. För det första produceras stora mängder helium i bränslet vid transmutation av americiumisotopen 241 Am enligt processen: n + 241 Am -> 242 Am -> 242 Cm + ß -> 238 Pu + α. Emedan curiumisotopen 242 Cm har en halveringstid på 162 dygn, sker denna omvandling till stor del under reaktordrift. Gasproduktionen i americiuminnehållande bränslen är därför betydligt större än i MOX-bränslen, vilket leder till problem med bränslesvällning och/eller trycksättning av bränslestaven. För det andra är americium mycket svårt att separera från curium, åtminstone med metoder som har potential för att användas i industriell skala. Vid bestrålning av curium i en lättvattenreaktorer bildas californium genom upprepade neutroninfångningar. Californium, 252 Cf är en mycket stark neutronkälla, vilket innebär att neutrondosraterna ökar med en faktor upp till 10 000 vid bränsletillverkningsprocessen, jämfört med nuvarande MOX-bränslen. Detta är huvudskälet till varför man idag anser det vara nödvändigt att utveckla nya reaktortyper med så kallat snabbt neutronspektrum, för att kunna transmutera americium och curium /Salvatores05/. I ett snabbt neutronspektrum är klyvningssannolikheten för fertila curiumisotoper runt 50%, varför jämviktskoncentrationen av 252 Cf i färskt bränsle minskar med en faktor 100-1000 jämfört med transmutation i en lättvattenreaktor. Även om det fortfarande blir komplicerat att tillverka curi- 17

Principskiss över ett acceleratordrivet system. Högenergetiska protoner från acceleratorn riktas mot spallationsmålet av flytande bly i mitten av den underkritiska härden. Neutronerna som frigörs i spallationsprocessen startar ändliga klyvningskedjor i härdens transmutationsbränsle, som till mer än 50% består av americium och curium. Temperaturen i blykylmedlet stiger från 400 C vid inloppet av härden till 480 C vid utloppet. Ordförklaringar Bridreaktor: en kärnreaktor i vilken fler fi ssila atomkärnor produceras än som förbrukas. Doppleråterkoppling: en ökning av sannolikheten (tvärsnittet) för infångning av neutroner i kärnor som U-238 och Pu-240 när bränsletemperaturen ökar. Epitermiska neutroner: neutroner vars hastighet ligger mellan de snabba och de termiska. Fertila isotoper: sådana isotoper som direkt eller indirekt kan omvandlas till fi ssila genom neutroninfångning. Fissila isotoper: sådana isotoper som kan undergå fi ssion (klyvning) vid neutroninfångning. Fördröjda neutroner: neutroner som sänds ut av sönderfallande klyvningsprodukter upp till en minut efter själva klyvningsprocessen. Prompt kriticitet: när reaktorn går kritiskt på de prompta neutronerna, d.v.s. neutroner som frigörs ut i själva klyvningsprocessen. Snabba neutroner: neutroner som har hög hastighet. Snabbreaktor: en reaktor i vilken fissionerna åstadkommes huvudsakligen av snabba neutroner. Spallation: en process där neutroner rivs ut ur en kärna som träffas av högenergetiska protoner. Temperaturkoefficient: ändring i reaktorns reaktivitet relativt temperaturökningen. Termiska neutroner: neutroner som har låg hastighet. Voidvärde: ändring i reaktorns reaktivitet när kylmedlet försvinner ur härden. uminnehållande bränslen på grund av hög värmeutveckling från alfa-sönderfallande 244 Cm, finns det metoder som verkar tillräckligt robusta för att kunna tillämpas i en industriell process. Till dessa hör infiltrationsmetoden, som innebär att en lösning av curiumnitrat infiltreras i ett fast material med hög porositet. Modifi ering av Bridreaktorer Klassiska bridreaktorer med natriumkylning har per defininition ett snabbt neutronspektrum, och kan relativt lätt modiferas så att de bränner plutonium i stället för att tillverka ämnet. Därmed blir de också den reaktortyp som ligger närmast till hands för syftet att transmutera americium och curium. Vi stöter dock på patrull om vi försöker sätta in americium i snabbreaktorbränsle i större mängder. Förvisso är snabbreaktorbränsle även i normala fall utrustat med stora gasplenumvolymer, där plats kan upplåtas för heliumutsläpp från bränslekutsarna. Dock kvarstår americiums dåliga inflytande på reaktorsäkerheten. Vi vet till exempel att americium leder till 1) Kraftigt reducerad Doppleråterkoppling 2) Minskad andel fördröjda neutroner 3) Mer positiv temperaturkoefficient för kylmedlet 4) Ökat voidvärde för kylmedlet Sammantaget innebär detta att den övre gränsen för americiumkoncentrationen i en natriumkyld snabbreaktor av traditionellt snitt är mellan två och tre procent. Detta är tillräckligt för att reaktorn skall kunna återanvända sitt eget avfall, men potentialen för att ta hand om allt americium som produceras i våra lättvattenreaktorer är tämligen begränsad. Förbättrad förmåga bränna americium Fjärde generationens reaktorer med snabbt neutronspektrum avses utformas med förbättrad förmåga att bränna americium. Detta låter sig göras genom att till exempel förändra kylmedlet och/eller bränsleformen. Till exempel kan man använda sig av metalliskt bränsle i stället för oxidbränsle. Den relativt goda termiska expansionen (och det därmed temperaturberoende neutronläckaget) för metallegeringar kan i viss mån kompensera den av americiumet förorsakade bristen på Doppleråterkoppling. Andra möjligheter är att ersätta kylmedlet natrium med blylegeringar eller heliumgas, vilka båda är mindre känsliga för temperaturförändringar. Sluten bränslecykel Även om detaljerade studier ännu inte är tillgängliga, brukar man uppskatta att den tillåtna americiumkoncentrationen i fjärde generationens snabbreaktorbränsle är maximalt fem procent. Detta skulle möjliggöra förverkligandet av en så kallad sluten bränslecykel, där americium och curium från lättvattenreaktorparken transmuteras i snabbreaktorer. Andelen kärnkraft som måste härstamma från fjärde 18

generationens snabbreaktorer, för att produktion och konsumtion av americium och curium skall balansera varandra, kan då uppskattas till c:a 35% /NEA02/. Huvudspår i forskningssamarbetet I länder som Frankrike, Japan, USA och Ryssland utgör transmutation i fjärde generationens snabbreaktorer huvudspåret för dagens forskningsoch utvecklingsarbete. I Frankrike har man också bestämt att en Generation-IV-reaktor skall tas i drift senast 2020. Ett alternativ, som främst studerats i EU och Japan är att använda sig av underkritiska, acceleratordrivna system (ADS) (se fig t.v.) för transmutation av americium och curium. Genom att hålla marginalen till prompt kriticitet tillräckligt stor (typiskt k < 0,97), blir reaktorn okänslig för temperaturförändringar i både kylmedel och bränsle, och kan därmed fungera med ett bränsle som innehåller upp till 50% americium. En ADS kan därför bränna upp till tio gånger mer americium per producerad kwh än en kritisk reaktor, vilket gör att andelen kärnkraft som måste produceras i en ADS för att möjliggöra en sluten bränslecykel hamnar på siffror mellan 3-10%, beroende på vilken lösning för plutoniumhantering man bestämmer sig för. En svag punkt Till nackdelarna hör att en ADS måste drivas med en kraftig extern neutronkälla. Den starkast tänkbara neutronkällan utgörs av protoninducerad spallation i smältor av bly eller bly-vismut. Denna del av systemet har länge ansetts vara ADS-konceptets svagaste punkt. Hösten 2006 utfördes dock det första storskaliga provet av flytande bly-vismut som spallationsmål vid Paul Scherrer Insitute i Schweiz, och man lyckades i det så kallade MEGAPIE-experimentet framgångsrikt producera neutroner under fyra månaders tid vid en acceleratoreffekt om 700 kw. Prototyp kan tas i drift år 2020 Inom EUs EUROTRANS-projekt utförs design- och säkerhetsanalys av en ADS-prototyp med 60 MW termisk effekt, driven av en 2 MW protonstråle, kyld med bly-vismut och laddad med MOX-bränsle. Denna prototyp skulle kunna konstrueras i Belgien och tas i drift runt 2020, ifall EUs medborgare tillhandahåller tillräcklig finansiering. KTH deltar i olika aspekter av EUROTRANS-projektet, bland annat provar vi kylmedlets förmåga att föra bort restvärme med naturlig cirkulation /Ma07/. Tid för vägval Vilken väg skall man då välja för att nå fram till en tekniskt, ekonomiskt och socialt acceptabel lösning? Medan bridreaktorer existerar redan idag, kräver ADS ännu ett par decenniers utveckling för att kunna tillämpas i industriell skala. Då skall man samtidigt komma ihåg att kapacitet för separation av americium och curium, samt tillverkning av motsvarande bränsle, måste byggas upp innan man kan ladda någon transmutationsreaktor med dessa element, en process som hur som helst tar ett par decennier i anspråk. Forskning om förbättrade separationsprocesser fortgår i EU-projektet ACSEPT med svenskt deltagande från Chalmers. Kostnadsbedömningar är förstås svåra att göra. En enkel uppskattning, som bygger på det faktum att snabbreaktorer idag är ungefär 50% dyrare än lättvattenreaktorer att uppföra, ger vid handen att alternativet med kritiska reaktorer (65% LWR + 35% Gen-IV) producerar kärnkraftsel till en snittkostnad som ligger 20±5% högre än om man fortsätter med dagens öppna bränslecykel. På KTH har vi studerat kostnaden för ADS-elektricitet och hamnat på en ungefärlig nivå om tre gånger den för LWR. Om man då antar att det krävs 10% ADS-elektricitet (90% LWR + 10% ADS) för att ta hand om americium och curium från lättvattenreaktorer med UOX & MOX-UE-bränsle resulterar även det i en ökad snittkostnad för kärnkraftsel på 20±5 % /Runevall06/. Därmed verkar båda alternativen hamna i samma kostnadsrum. Huruvida elkonsumenterna är beredda att betala denna extra pålaga för en nytta som mest har att göra med hänsyn till kommande generationers frihet att gräva fritt i marken är en fråga öppen för debatt. Men med fortsatt forskning inom området kan kanske mer kostnadseffektiva lösningar dyka upp. Exempelvis vore det intressant att utröna huruvida våra svenska kokvattenreaktorer kan modifieras för att delvis operera på snabba neutroner, och därmed möjliggöra transmutation av americium och curium, utan att nya reaktorer behöver uppföras /Wallenius07/. Janne Wallenius Referenser: Weimin Ma, Aram Karbojian and Bal Raj Sehgal, Experimental study on natural circulation and its stability in a heavy liquid metal loop, Nuclear Engineering and Design 237 (2007) 1838. NEA, Accelerator-driven Systems (ADS) and Fast Reactors (FR) in Advanced Nuclear Fuel Cycles, OECD/NEA 2002. ISBN 92-64-18482-1. Odd Runevall, The economic impact of introducing partitioning and transmutation in the Swedish nuclear power system, Master of Science Thesis, KTH (2006). Massimo Salvatores, Christine Chabert, Igor Slessarev, Gilles Youinou, Intercomparison of systems for TRU recycling at equilibrium, In Proc. GLOBAL 2005, Tsukuba, Japan, Oct 9-13 2005. Janne Wallenius and Daniel Westlén, Hafnium clad fuels for fast spectrum BWRs, Annals of Nuclear Energy, in press (2007) A. Vasile et al, Advanced fuels for plutonium management in pressurized water reactors, Journal of Nuclear Materials 319 (2003) 173 179 19

Klimatfrågor och energi för internationell forsk Av Peter von der Hardt Dr Artikelförfattaren var tidigare EU:s representant och ordförande i styrgruppen för PHEBUS-projektet i Cadarache För ytterligare information om ITER-projektet besök den utmärkta webbplatsen: www.iter.org Om knappt ett år startar ITER-projektet bygget av den länge emotsedda fusionsreaktorn där tanken är att energi skall utvinnas genom att slå samman två atomkärnor - i stället för att klyva kärnorna som man gör i dagens kärnkraftreaktorer. De sju samarbetsparterna som ingår i projektet representerar nästan 50 % av jordens befolkning. Lyckas man i ITER-projektet kan det bli ett avgörande steg på vägen mot en outtömlig koldioxidfri energikälla, skriver Peter von der Hardt i denna artikel författad speciellt för Nucleus. De industrialiserade ländernas ekonomier är beroende av importerad olja och gas. Dessa resurser kommer att minska inom en snar framtid och lämpliga alternativa energier är i nuläget inte tillgängliga och kommer heller inte att hinna bli det [1]. De som minns oljekrisen 1973-74 kan förutse vad den slutgiltiga oljekrisen kommer att innebära: kollapsande ekonomier, massarbetslöshet och fattigdom, kraftig återgång till trä och kol med bl.a. kraftiga koldioxidutsläpp. Runt 2003 började det dyka upp vetenskapliga artiklar om oljebristen och möjliga alternativ [2]. Dagspressen och politiker hakade då på ämnet. FN:s klimatrapport (december 2006/januari 2007) bekräftade ett andra hot, nämligen det som orsakas av människans utsläpp av växthusgaser (huvudsakligen koldioxid och metangas). Båda frågorna, energiresurserna och klimatförändringen, behandlades nyligen i två filmer riktade till den breda allmänheten [3]. Jakten på en outtömlig energikälla, fri från koldioxidutsläpp blev med ens en stor utmaning för alla industrialiserade länder. Vid sidan om uran, som utgör en ändlig resurs och de förnybara energierna (vind, vatten, sol, biomassa) vilka inte kan ersätta de enorma mängder energi som fossila bränslen ger, har uppmärksamheten nyligen vänts mot termonukleär fusion. Grundläggande principer Kärnsammanslagning (fusion) som upptäcktes 1934 av Ernest Rutherford, följer en enkel process. När två mycket lätta atomer kommer tillräckligt nära 20